硅溶胶化学灌浆在新开水库除险加固工程中的应用

林建海

海南省水利水电勘测设计研究院，海南 海口 570203

1 工程概况

新开水库位于白沙县阜龙乡，位于南渡江上游一条支流上，坝址以上集雨面积为2.06km2，水库总库容为124.74万m3，50年一遇设计，500年一遇校核，最大坝高15.40m，是一宗以灌溉为主，兼顾防洪的小（1）型水利工程。

新开水库于1980年竣工投入运行，2009年采用了水泥土搅拌桩进行坝体防渗，2016年台风期间，左坝肩下游坝坡发生渗透变形，在下游坡脚抢修贴坡排水体。2017年安全鉴定河床段与左坝肩存在明显渗漏，安全鉴定为三类坝。

2 工程除险加固方案

大坝防渗加固主要采用液压双轮铣削水泥土防渗墙，墙厚70cm。左坝头溢洪道控制端采用普通水泥帷幕灌浆防渗，单排帷幕，孔距1.5m。加固后河床段渗水明显减小，取得了较好的效果，左坝肩下游渗水点仅略有减小。

地勘人员对渗漏通道进行补勘，钻孔揭露液压双轮铣削防渗墙墙身结构完整，注水试验为弱透水，帷幕灌浆段岩体破碎、岩体裂隙间未见明显填充，注水仍呈现中等透水（100L/min不见返水）。溢洪道下游鼻坎出口岩体渗水（18L/min），溢洪道基础所在的左坝肩岩体裂隙密集，走向总体与主坝斜交，倾向下游。

为探明渗漏通道，放空水库后，于溢洪道控制段上游搭建简易蓄水池，而后左坝肩下游渗水点开始重新出水。据此，基本判定主要渗漏通道为帷幕灌浆处理过的控制端基础，需对此部位进行加固处理。常规水泥灌浆经实践已难以达到防渗效果，经比较，拟采用硅溶胶灌浆处理。

3 硅溶胶灌浆施工

硅溶胶灌浆材料为胶体二氧化硅溶液，无毒无害。通过混合两种液体搅拌形成，具有很强的流动性和可灌性，很容易在地层中渗透，在与地层结合时可以均匀分散，呈现出良好的结合性，在受压情况下具有很强的渗透性，且存储条件要求较低。施工过程中不需要增加设备，采用普通灌浆泵即可进行灌注。硅溶胶物理特性表如表1所示。

表1 硅溶胶物理特性表

3.1 灌前准备

灌浆前在控制段上游新建厚度为1m的C25混凝土压浆平台设置孔口管，排数为单排，孔距1.5m。

（1）钻孔施工。钻孔机械采用XY-2型地质钻机，钻机采用金刚石钻头，施工工艺清水钻进。开孔孔径均为Φ91mm，终孔孔径为Φ76mm。孔深17.5m，所有钻孔均为铅直孔，钻孔孔位允许偏差10cm。钻孔终孔后应对灌浆孔的钻孔偏斜情况进行检查。时刻关注钻孔偏斜度，当偏斜超过要求时，应立即停止并进行综合分析，经分析认为对灌注效果无影响时可继续施工，若认为对灌浆效果有影响时，应加密钻孔，以保证灌浆质量。

（2）钻孔冲洗和压水试验。对返水正常的孔段，应进行钻孔冲洗。钻孔冲洗的结束标准为回水变清，且孔内沉积厚度不超过20cm。钻孔返水正常的孔段，结合钻孔冲洗进行灌前简易压水。检查孔采用单点法压水，根据压水时间及压入量进行检测，压水时间为20min，每5min测读一次压入量并及时记录，取最后的流量值作为计算流量，通过透水率来反映检测成果。压水试验的压力为灌浆压力的80%且不超过1MPa。

（3）镶铸孔口管。孔口管直径为Φ89mm。溢洪道以内部位埋入混凝土底板，长度为100cm。溢洪道以外部位长度暂定为200cm，镶铸时露出地面5cm。

3.2 硅溶胶灌浆

（1）浆液制备。根据胶凝时间及性能初步选定两种类型的浆液（M-Ⅰ型、M-Ⅱ型）。集中制浆站根据打孔、验收情况及时将A液、B液根据一定配比配置好，贮存在25L塑料桶内，方便灌浆开始后浆液的领取。

（2）灌浆方式。硅溶胶帷幕灌浆根据现场情况确定采用“自上而下、分段卡塞”纯压式灌浆法。带有压重平台的灌浆部位接触段灌浆不下设射浆管，其余孔段灌浆时射浆管距孔底不大于30cm。灌浆泵采用3SNS灌浆泵，性能可满足施工使用要求。硅溶胶灌浆中浆液宜少量多次进行配置，开始灌注时每次配置宜在50L以下，在注入率较小阶段，浆液配置应根据注入量配置，保证浆液在可操控时间段内注入孔内裂隙；每次加浆时，在储浆桶原浆液基本灌注完成后再配置新浆液，然后加入储浆桶进行灌注。

（3）灌浆分段。帷幕灌浆孔段划分表如表2所示。

表2 帷幕灌浆孔段划分表

（4）灌浆压力。施工阶段灌浆压力暂定0.2～0.3MPa，实际灌浆压力视具体情况进行调整。压力应在较短时间内升到设计规定值，注入率大的孔段应分段升压。压力表安装在进浆管靠近孔口部位，数据读取中值。

（5）灌浆终孔深度。灌浆终孔深度控制：当孔钻深度达到设计深度时，若岩体透水率不满足≤10Lu要求，则应由监理工程师现场控制，加钻一段（5m长）。若加钻一段后岩体透水率仍不满足≤10Lu要求，则应通知设计确定是否需要继续加钻。

（6）浆液配制。配浆时先加入A液、后加入B液，在搅拌机运行的情况下加浆，并注意缓慢、均匀加入，防止浆液出现局部凝结。

（7）硅溶胶浆液变换原则。①开灌采用M-I型（慢凝型硅溶胶浆液，初凝时间为40min左右，可调控）浆液，当恒定灌浆压力，注入率持续减少时，或注入率恒定而压力持续升高时，不得改变浆液类型，继续灌注。②当灌注M-I型浆液到达100L/m，灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改为M-II型（快凝型硅溶胶浆液，初凝时间为10min左右，可调控）浆液灌注；当灌注硅溶胶量大无法正常结束（未达到胶凝时间、无法达到设计压力、灌浆压力和注入率无明显变化），且累计单耗超过300L/m时，可采用待凝措施。

（8）灌注要求。一般情况下宜采用中等以下注入率进行灌注。灌浆过程中确保灌浆压力和注入率相适应。时刻关注灌浆过程，注入率宜控制在10L/min以下，并依据注入率进行均匀升压，有涌水时视涌水情况适当加大开灌注入率。暂定注入率为20～30L/min。浆液宜少量多次进行配置，开始灌注时每次配置宜在50L，在注入率较小阶段，浆液配置应根据注入量配制（避免配制过多而浪费），保证浆液在可操控时间段内注入孔内裂隙，每次加浆时应在储浆桶原浆液基本灌注完成后，再配置新浆液加入储浆桶进行灌注。

（9）灌浆结束标准。结束标准为在设计压力下注入率不大于1L/min后，持续灌注30min或达到胶凝时间。为保证灌浆质量，采用硅溶胶灌注结束后闭浆1～2h，然后取出射浆管及灌浆塞进行下一段钻灌施工。

（10）封孔。硅溶胶灌浆结束后进行扫孔，向孔内注入密度大于1.5g/cm3的水泥稠浆，多次灌注，直至浆面上升至孔口不再下降为止。待孔口完全析水后，用含水率适中的水泥料将孔口回填捣实整平。

（11）抬动观测。为了防止溢洪道部位底板抬动，溢洪道施工平台中间部位布置一个抬动观测孔。在灌浆过程中由专人严密监视抬动装置千分表的变化情况，出现抬动时采取降压措施，待抬动值不再上升再逐级升压；若抬动值超过200μm时，停止灌浆，待凝8h后扫孔复灌。

（12）特殊情况处理。①灌浆过程中如发生冒浆、漏浆时，应根据具体情况采用低压、限流、调凝、间歇等方法进行处理。若效果不明显，则应停止灌浆，待浆液凝固后重新扫孔复灌。②灌浆过程中发生串浆时，若灌浆孔具备灌浆条件，则可一泵一孔同时并灌，但并灌孔不宜多于3个，并应控制灌浆压力，防止上部混凝土或岩体抬动。否则，应阻塞被串孔，待灌浆孔灌浆结束后，再对被串孔进行扫孔、冲洗后，继续钻进或灌浆。③灌浆应连续进行，若因故中断，应在浆液胶凝以前且不影响灌浆质量时恢复灌浆，否则应进行冲孔或扫孔，再恢复灌浆。④灌浆注入率大时，宜采取低压、限流、限量、间歇、改用速凝浆液等技术措施处理。⑤灌浆过程中，灌浆压力或注入率突然改变幅度较大时，应分析原因，及时采取有效措施处理。

4 结束语

硅溶胶灌浆施工过程中，左坝肩下游渗水点渗水量明显减少，直至灌浆完毕，渗水点已不见渗水迹象，灌浆效果极为成功。施工实践表明，新开水库采用硅溶胶灌浆防渗是成功的，满足设计要求，硅溶胶灌浆对于微小裂隙密集发育的强风化基岩具有较好的防渗效果，对于今后小型水库除险加固具有一定的借鉴作用。